1 熱阻法
熱阻法基于溫升與損耗成正比,不同磁心型號熱阻不同,熱阻法計(jì)算溫升比較準(zhǔn)確,因其本身由試驗(yàn)得來,磁心又是固定不變的,熱阻數(shù)據(jù)由大型磁心生產(chǎn)廠商提供。有了廠家提供的熱阻數(shù)據(jù),簡單、實(shí)用何樂而不為。高頻變送器可采用這一方法。而鐵心片供應(yīng)商不能提供熱阻這一類數(shù)據(jù),因此低頻變壓器設(shè)計(jì)者很難采用。熱阻法的具體計(jì)算公式如下:
式中,
溫升ΔT(℃)
變壓器熱阻Rth(℃/w)
變壓器銅損PW(w)
變壓器鐵損PC(w)
2 熱容量法
源于早期的灌封變送器,由于開放式變壓器的出現(xiàn)這種計(jì)算方法已被人遺忘,可以說是在考古中發(fā)現(xiàn)。這種計(jì)算方法的特點(diǎn)是把變壓器看成是一個(gè)密封的元件,既無熱的傳導(dǎo),也無熱的輻射,更無熱的對流,熱量全部靠變壓器的鐵心、導(dǎo)線、絕緣材料消耗掉。這樣引出一個(gè)熱容量(比熱)的概念,就可以利用古人留給我們的比熱的試驗(yàn)數(shù)據(jù),準(zhǔn)確的計(jì)算出變壓器的溫升來。不是所有的變壓器都可以利用這一計(jì)算公式,只有帶塑料外殼的適配器可采用這一方法,這種計(jì)算方法準(zhǔn)確度猶如甕中捉鱉十拿九穩(wěn)。若適配器開有百葉窗,那就有一部份熱量通過對流散發(fā)出去,如不存在強(qiáng)迫對流,百葉窗對溫升的影響只在百分之三左右。上一代的變壓器設(shè)計(jì)工作者對這一計(jì)算方法很熟悉,現(xiàn)在的變壓器設(shè)計(jì)工作者根據(jù)此線索,進(jìn)行考古也會有收獲。熱容量法的計(jì)算模式如下:
式中,溫升ΔT(℃)
變壓器質(zhì)量Gt(g)
變壓器銅損PW(w)
變壓器鐵損PC(w)
T—加熱時(shí)間常數(shù)(s)
At—變壓器散熱面積(cm2)
Ct——變壓器比熱(w·s/℃·g) CC——鐵心比熱(w·s/℃·g)
GC——鐵心質(zhì)量(g)
cw——導(dǎo)線比熱(w·s/℃·g)
Gw——導(dǎo)線質(zhì)量(g)
cis——絕緣材料比熱(w·s/℃·g)
Gis——絕緣材料質(zhì)量(g)
Gt——變壓器質(zhì)量(g)
3 散熱面積法
散熱面積法基于熱量全部由變送器表面積散發(fā)出去,這種算法有三種類型:3.1 統(tǒng)算法
不管變壓器的鐵損銅損統(tǒng)統(tǒng)加起來,讓他從變壓器表面積散發(fā)出去,環(huán)型變壓器常采用這一形式。有兩種公式:
1)*種形式
α——變壓器散熱系數(shù)(w/cm2·℃)
At——變壓器散熱表面積cm2
2)第二種形式
3.2 熱交換法
熱交換法的理論認(rèn)為若鐵心的溫度與線圈的溫度不同,為達(dá)到溫度平衡鐵心與線圈之間必需進(jìn)行熱交換,熱交換有三種形式,一是鐵心溫度高線圈溫度低,鐵心向線圈傳熱,二是鐵心溫度低線圈溫度高,線圈向鐵心傳熱,三是鐵心溫度與線圈溫度相等,互不傳熱,這樣計(jì)算方法與統(tǒng)算法相似,只不過他要先計(jì)算出鐵心與線圈的溫度后才能下結(jié)論,統(tǒng)算法是不管三七二十一,鐵心與線圈溫度是多少只有一種算法,
1)計(jì)算線圈與鐵心初始溫升比
2)計(jì)算線圈與鐵心間熱平衡系數(shù)k
3)計(jì)算修正前溫升Δτw0
Aw——線圈散熱面積(cm2)
鐵心散熱面積AC與線圈散熱面積AW之比
αw0——線圈散熱系數(shù)(w/cm2·℃)
散熱面積的計(jì)算也有三種,*種認(rèn)為變壓器底部的面積是不能散熱的,是將變壓器底部表面積不計(jì)入變壓器的散熱面積,第二種是認(rèn)為變壓器底部雖不能散熱,但底部是安裝在金屬底板也會散熱,因次將底部的面積計(jì)算進(jìn)去,第三種是變壓器表面不規(guī)則時(shí)為了計(jì)算方便要用等效散熱面積去代替,例如環(huán)型變壓器,采用直徑等于變壓器外徑,高度等于變壓器高度的一個(gè)圓柱體的表面積來代替變壓器的散熱面積,這三種計(jì)算方法的散熱面積是不同的,所引起的誤差要折算到散熱系數(shù)中,這樣才能使計(jì)算出的溫升基本相同。
散熱系數(shù)也有兩種。一種認(rèn)為散熱系數(shù)是常數(shù),通常是0.8×10-3(w/cm2·℃) 另一種認(rèn)為散熱系數(shù)是一條曲線,鐵心規(guī)格越小散熱系數(shù)越大,隨著鐵心規(guī)格的增大散熱系數(shù)趨向平緩,散熱系數(shù)約在1.5~0.7×10-3 (w/cm2·℃) 之間。
3.3 鐵心采用熱容量法線圈采用散熱系數(shù)法
有些環(huán)型變送器鐵心比較大,鐵損較小,鐵損產(chǎn)生的熱量很小,用熱容量法計(jì)算出的鐵心溫升比線圈溫升小的多,這種變壓器用傳統(tǒng)計(jì)算方法計(jì)算出的溫升往往比實(shí)際溫升高的多,這就需要將銅損貼補(bǔ)一部分給鐵心才能達(dá)到熱平衡,用手工去算十分麻煩,要反復(fù)計(jì)算,如打樣,有時(shí)鐵心很大(數(shù)公斤到數(shù)十公斤),浪費(fèi)材料很多,如采用軟件來計(jì)算應(yīng)是輕而易舉的。